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16.03.2010 Geothermische Stromerzeugung - vom Reservoir bis zur Turbine Ernst Huenges.

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Präsentation zum Thema: "16.03.2010 Geothermische Stromerzeugung - vom Reservoir bis zur Turbine Ernst Huenges."—  Präsentation transkript:

1 Geothermische Stromerzeugung - vom Reservoir bis zur Turbine Ernst Huenges

2 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Vier Wege in eine CO 2 -ärmere zukünftige Energieversorgung Energieffizienzsteigerung in der Stromerzeugung und im Verbrauch Ausweitung der erneuerbaren Energiebereitstellung durch Wind-,Solar-,Biomasse- und geothermische Nutzung Abtrennung von CO 2 bei der Nutzung fossiler Energien und anschließende Sequestrierung Nutzung der Kernenergie In den nächsten Jahrzehnten gibt es folgende Optionen zur Reduktion von CO 2 -Emissionen bei der Stromerzeugung: Ca fossil gefeuerte Kraftwerke weltweit 11 Gigatonnen/Jahr (IPCC 2005) davon in D 0,4 Gigatonnen/Jahr (REECS 2007) CO 2 -Emissionen heute:

3 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst HuengesLinz, 19. November 2009 ; Dr. Ernst Huenges: Geothermische Technologien – Exploration, Erschließung, Nutzung Vorteile der Nutzung geothermischer Energie sehr großes noch unerschlossenes Potenzial für nachhaltige Energieversorgung dezentral einsetzbarer, grundlastfähiger, heimischer Energieträger CO 2 -arme Bereitstellung von Wärme und Strom kombinierbar mit anderen grundlastfähigen und nicht grundlastfähigen Energieträgern (Biomasse, Braunkohle, Solarthermie, Windenergie) oder mit CCS hohe Akzeptanz Nachteile hohe Anfangsinvestitionen Industrieinteresse in EU noch schwach (Vorreiter ENEL) lokal Irritationen mit Einfluss auf Akzeptanz (Basel, Landau) Lernkurve der tiefen Geothermie in der Startphase

4 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Bertani, 2009

5 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Geothermal energy production Fridleifsson et al, 2008 TWh / year year 140 GW IPCC 2010

6 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges CO 2 geothermal power production Geothermal: plants in USA -open cycles Coal, oil, gas: DOE, Bloomfield et al. (2003) EGS-LCA Frick et al. (2008)

7 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst HuengesLinz, 19. November 2009 ; Dr. Ernst Huenges: Geothermische Technologien – Exploration, Erschließung, Nutzung Geothermal electricity production - conventional Mitigation potential substituting: Fridleifsson et al, 2008 / year Mitigation of one Gigatonne CO2/year thinkable

8 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Prinzip tiefer Erdwärmenutzung Binär-Kreislauf Organic Rankine oder Kalina Cycle Grundprinzip Thermalwasserkreislauf cc~ °C, Tiefe : ~ km Herausforderungen: Wo ist das Reservoir? Effiziente Nutzung und Wandlung der Wärme Erschließung / Stimulation => Enhanced Geothermal System Direkte Nutzung von Geothermie für Wärme/Kälte und Elektrizität Turbine Heat exchanger Evaporator Condenser

9 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Projektphasen Tiefengeothermie Geophysi- kalische, Exploration Geologie Bohrungs- begleitung, Reservoir- engineering Dubletten- konzeption, Technologie Thermalwas- serkreislauf Technologie Anlagen- technik Systemquali- fizierung Geothermie-Forschungsfelder, Umfang abhängig von Standort Untertage Vorbohrung, loggen, testen, stimulieren detaillierte Machbarkeits- studie Basis- Exploration, Geologische Modelle, Gesteins- eigenschaften T-Modelle, Stress-Feld Vertiefte Prospektion z.B. geophys. Feldarbeiten, vorläufiges Reservoir- modell Standort- entwicklung Dublette, Leistungs- überprüfung Übertage Geothermische Anlage (Strom oder Wärme) Engineering, Bau, Inbetriebnahme System- leistung Ziel- gebiet, Erlaubnis -feld 1.Mach- barkeits- einschät- zung 2.Mach- barkeits- einschät- zung Nutzungs -konzept

10 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges stress regimes and their impact to frac orientation Normal Faulting Strike Slip Reverse redrawn by Inga Moeck

11 hydraulic stimulation (Enhanced Geothermal Systems) Fokker 2007

12 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges In situ Geothermielabor Groß Schönebeck In situ Geothermielabor Groß Schönebeck mit 2 Forschungsbohrungen im Sediment ( 4.3 km Tiefe und 150 °C) 2.Bohrung (großer Durchmesser, Ablenkung, speicherschonender Ausschluss) Reservoirgesteine beider Bohrungen erfolgreich stimuliert

13 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges reservoir engineering

14 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges frac equipment

15 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges m³ water (pH5) 24 t sand P max = 586 bar Q max = 150 liter/sec. Zimmermann et al. In prep.

16 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges relocation of induced seismic events -2 < M < -1 Kwiatek et al submitted Groß Schönebeck

17 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges relocation of induced seismic events -2 < M < -1 Understanding induced seismicity, Soultz, Basel, Geysers & others refined stimulation treatments to enhance hydraulic productivity while reducing the risk of seismic hazard, instruments for assessment Kwiatek et al submitted Groß Schönebeck EU -funded GEISER

18 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges 500 m³ gel (YF140/145) + 4% KCl 95 t proppant (HSP 20/40coated/uncoated) P max = 380 bar Q max = 66 liter/sec. Zimmermann et al. 2010

19 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges 500 m³ gel (YF140/145) + 4% KCl 95 t proppant (HSP 20/40coated/uncoated) P max = 380 bar Q max = 66 liter/sec. 500 m³ gel (YF140/145) + 4% KCl 113 t proppant (HSP 20/40coated/uncoated) P max = 495 bar Q max = 58 liter/sec m³ water (pH5) 24 t sand P max = 586 bar Q max = 150 liter/sec. Zimmermann et al. I2010

20 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges depth [m] cumulative flow corrected [m³/h] Perforation Frac 1 Frac 2 Frac 3 test 2009: productivity index m³/(h MPa) temperature 150 °C next steps: long term communication experiment geothermal power production

21 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Projektphasen Tiefengeothermie Untertage Übertage Groß Schönebeck

22 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Kommunikationsexperiment Zeitliches Verhalten der Eignungsparameter Leistungskriterien wie Produktivitäts- /Injektivitäts-Index Zusammensetzung des Thermalwassers Reservoireigenschaften Zeitverhalten der Druck- und Temperaturverhältnisse beteiligtes Reservoir-Volumen Thermalwasserzirkulation Begrenzungen des Reservoirs Untersuchung verfahrenstechnischer Fragen Korrosion und Fällungsreaktionen Komponentenverhalten …

23 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Groß Schönebeck Fluidzusammensetzung Chemische Zusammensetzung (in mM) des GrSk Fluids Hauptkomponenten Nebenkomponenten A) Lösung: TDS = 265 g/LB) Gase: Verhältnis von Gas:Flüssigkeit = ca. 1:1 in mM; Zeitraum: Kaum reaktive Gase (CO 2, H 2 S) in GrSk

24 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Thermalwasserkreislauf: Komponenten und Prozesse Slide 24/42 Förderpumpe Injektions- pumpe Filter Armaturen Rohrleitung Zweiphasen- Strömung Kraftwerk Wärme- übertragung Teststrecke Chem. Reaktionen

25 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Wärmeübertrager

26 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Kleinkraftwerk 60 kW, dezentrale Lösung Indonesien

27 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Freitag,

28 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Nachhaltigkeit GEOEN In Situ Labor Groß Schönebeck GFZ KP II Korrosion System- qualifizierung Projekte

29 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges geothermische Forschungskonzeption Komponenten Kraftwerk Thermalwasser- kreislauf Bohrungen Induzierte Risse Natürliche Wegsamkeiten Hydraulisch- geologisches System Prozesse Wärmeübertragung Chemische Reaktionen Korrosion & Ausfällung 2-Phasenfluss & hyd. Leitfähigkeit (p, T, C) Trennflächensysteme & Bruchmechanik Poro- & Thermoelastizität ( Risse) Gesteinsalteration (incl. clay swelling) Engineered Geothermal System Basis Experimente Kopplung Optimierung & Validierung

30 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Ausblick Qualifizierung geothermischer Technologien: Verlässlichkeit der Systemkomponenten und deren Zusammenspiel effiziente Energiebereitstellung auf Basis eines ganzheitlichen Ansatzes (umfassende Risikobewertung zu Aufbau und Betrieb geothermischer Energiebereitstellung) In situ Geothermielabor: Leistungstest und Weiterentwicklung von Systemkomponenten unter extrem unwirtlichen Thermalwasser-Bedingungen Überprüfung ihres Zusammenspiels in variierenden Betriebsbedingungen Experimentiermöglichkeit auch für Studenten mit guten Ideen Demonstration (lokal bedingt) effizienter Energiebereitstellung auf Basis eines ganzheitlichen Ansatzes Validierung von numerischen Programmen, die Prozesse untertage und übertage verknüpfen Geothermische Stromerzeugung - vom Reservoir bis zur Turbine

31 DPG Jahrestagung Bonn 16 März 2010 ; Dr. Ernst Huenges Danke für Ihre Aufmerksamkeit


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